某水電站廠房基礎(chǔ)開挖安全專項施工方案.doc

某水電站廠房基礎(chǔ)開挖安全專項施工方案1工程概況某水電站廠房為壩后岸邊式廠房，位于壩下游1.3km處的河岸邊，廠區(qū)樞紐為引水隧洞發(fā)電主廠房，左副廠房，主變場和GIS開關(guān)站及安裝間組成。廠房后邊坡為64m高邊坡，土石方開挖合同工程量為19.8萬m3。合同工期為10個月，具有工期緊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高的特點(diǎn)。某水電站廠房下游側(cè)為一沖溝，上游側(cè)為T1a1地層形成的斜坡地形和T1d2地層形式的陡壁，其自然坡角分別為3050、70廠房地表為P2C+d地層形式的陡坎，坡積層較厚，成分為塊石，碎石夾粘土，515m，自然坡角4050。與廠區(qū)樞紐工程有關(guān)的地層主要為：P2c+d、T1d1、T1d2-1、T1d2-2、T1d2-3地層，T1d1地層岸體呈全風(fēng)化狀，破碎嚴(yán)重。廠區(qū)構(gòu)造簡單，為單斜地層，巖石以石灰?guī)r為主，受大地構(gòu)造運(yùn)動的影響，在廠區(qū)基礎(chǔ)部位，形成貫穿性溶洞，其延伸至河床底部，岸體褶皺極為明顯，層面非常發(fā)育，形成層狀結(jié)構(gòu)。巖石產(chǎn)狀N10-15W、SW30-50廠址水文地質(zhì)條件由于P2c+d上部為相對隔水層，其間有不等厚泥巖存在，而且P2c+d地層產(chǎn)出部位地形較陡。廠房前沿河邊一帶，推測覆蓋層厚35m，其成分為砂卵石、碎石等。廠房基礎(chǔ)座落在F11斷層上盤、下盤中，受斷層影響，巖層擠壓強(qiáng)烈，小褶曲極為發(fā)育、局部巖層直立和發(fā)生倒轉(zhuǎn)，巖體穩(wěn)定性差、巖溶、斷層、裂隙及夾泥層較為發(fā)育，這將給施工過程帶來很大難度。2方案確定根據(jù)合同文件，設(shè)計圖紙及有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，采用自上而下高梯段分層開挖，開挖后的石碴沿河岸邊出碴運(yùn)至棄碴場進(jìn)行場地治理。將有用的石碴用于臨時道路和廠區(qū)進(jìn)廠公路填筑及填筑圍堰的施工方案。2.1設(shè)備的選用鉆孔設(shè)備選用英格索蘭LM-500C型潛孔鉆、鉆孔直徑為F80，CM351潛孔鉆，ROC742潛孔鉆，100B等，鉆孔直徑為F115，YT-28手風(fēng)鉆，供風(fēng)設(shè)備選用英格索蘭25m3和20m3移動式空壓機(jī)，出碴設(shè)備選用，T20自卸汽車和奔馳自卸汽車裝碴設(shè)備選用日本小松400E正鏟和CAT980F裝載機(jī)及CAT320B反鏟，推碴選用D8R（TY220）推土機(jī)。2.2施工方案廠后邊坡開挖，根據(jù)地形的施工要求，開挖梯段按13.45m進(jìn)行分層，并在EL.993.7m高程上進(jìn)行了高邊坡大梯段開挖，此層采用大梯段開挖的主要原因是，廠房后邊坡與下游邊坡為垂直邊坡，如不一次開挖到EL.980.25鉆機(jī)無法進(jìn)行下一層預(yù)裂造孔，廠房右邊坡EL.993.7EL.973.9m為一垂直邊坡，如一次開挖到位開挖面質(zhì)量很難控制，且因引水隧洞支管出口頂部距母線廊道底板只有2.63m，如一次開挖至EL973.9m高程層，引水隧洞支管出口上部巖層穩(wěn)定性極難保證，為保證開挖安全在母線廊道上保留6.99m保護(hù)層，分層進(jìn)行手風(fēng)鉆開挖。2.2.1分層廠房后邊坡基礎(chǔ)開挖其分為五層逐層自上而下進(jìn)行開挖，第層從廠房后邊坡表面開挖到EL.993.7m高程，第層開挖至EL.980.25m高程，第層開挖到EL.973.9m高程，同時對EL.973.9EL.965.13m，廠房尾水部分進(jìn)行開挖，第層開挖到EL.965.13m高程，此段高程開挖到位后，可立即進(jìn)行引水洞支管出的開挖。同時廠房基礎(chǔ)繼續(xù)向下開挖至EL.965.13m高程，第層開挖至EL.959.65m高程。廠房下游垂直邊坡開挖，進(jìn)行分層預(yù)裂爆破，在EL.980.25m高程和EL.967.25m高程預(yù)留寬2m馬道，一次性開挖到EL.954.25m高程，左副廠房開挖分層為第層EL.993.9EL.980.25m，第層EL.980.25EL.973.9m，第層EL.973.9mEL.962.9m，第層為EL.962.9mEL.954.25m高程。2.2.2土方明挖施工采用自上而下全斷面（除修坡）一次挖完，開挖范圍內(nèi)的覆蓋層，包括松散的全風(fēng)化，小于0.7m3的孤石采用1.6m3反鏟挖掘機(jī)挖裝，20T自卸汽車運(yùn)輸，開挖過程中將回收砍伐的成材，具有商業(yè)價值的材料。按監(jiān)理人員的指示堆放。棄土運(yùn)至指定地區(qū)堆存。有機(jī)土壤按監(jiān)理人的指示，運(yùn)到指定地區(qū)堆放，為保證永久邊直坡，在Qdl土層使用機(jī)械開挖時，預(yù)留有0.51m厚度保護(hù)層，再利用人工進(jìn)行保護(hù)層開挖，修整邊坡，滿足施工圖紙要求的坡度和平整度。在開挖過程中，做好臨時排水，及時修建和永久性排水溝及臨時性截水溝，保護(hù)永久邊坡。土方開挖完后，立即按設(shè)計要求，組織實施永久性支護(hù)等工作。2.2.3深孔梯段爆破主爆孔準(zhǔn)備工作測量放線每一臺階石方開挖每一臺階邊坡永久支護(hù)進(jìn)行下道工序邊坡觀測深孔梯段的臺階高度的確定主要根據(jù)鉆機(jī)性能，開挖邊坡的地形情況和爆破振動要求及出碴的便易而不定的。某水電站廠房邊坡及施工道路布置，經(jīng)綜合考慮，爆破孔梯段高度選為6m和9m。主廠房EL.993.9m高程以下邊坡和廠房下游邊坡，均為垂直面，考慮到施工機(jī)械布置情況，此部位施工過程均采用邊坡一次預(yù)裂到位。爆破孔均采用垂直孔。為較好的解決爆破后巖石的大塊率及所留殘埂，根據(jù)巖體的節(jié)理及裂隙發(fā)育程度，合理選用深孔爆破的間排距。(1)鉆孔直徑D的確定LM-500C和ROC742鉆機(jī)的鉆頭直徑d為大于76mm，CM351鉆機(jī)的鉆頭直徑d為105mm，100B鉆機(jī)的鉆頭直徑為89mm，考慮到鉆孔時眼的擴(kuò)大，實際孔徑應(yīng)為D=Fd（F為孔眼擴(kuò)大系數(shù)），由于廠房基礎(chǔ)巖體以灰?guī)r為主，屬中等硬質(zhì)巖，相應(yīng)的孔眼系數(shù)為1.11.14，則實際的孔徑D為：當(dāng)采用LM-500C或ROC742鉆孔時，D=（1.101.14）76=83.686.64mm，取D=85mm。當(dāng)用CM351鉆孔時，D=（1.101.14）105=115.5119.7mmD=115mm。當(dāng)采用100B鉆孔時D=（1.101.14）89=97.9101.46mm取D=100mm。(2)超鉆深度h和鉆孔深度L的確定超鉆是為克服底板阻力，使爆破后不留巖坎，根據(jù)爆破試驗，當(dāng)采用LM-500C或ROC742鉆機(jī)鉆孔時，取超鉆深度h=0.5m，當(dāng)采用CM351鉆孔鉆孔時，孔徑為D=115mm，此時有允許超徑即h=0。由于爆破孔采用垂直鉆孔，鉆孔深度L，可按或L=H+h進(jìn)行計算，其中：H為爆破孔梯段高度，h為鉆孔超徑深度，則：當(dāng)采用LM-500C或ROC742鉆機(jī)鉆孔，爆破孔梯段高度為6m時，鉆孔深度L=6+0.5=6.5m，爆破孔梯段高度為9m時，鉆孔深度L=9.5m。當(dāng)用CM351鉆機(jī)鉆孔，爆破孔梯段高度為6m時，鉆孔深度L=6+0=6m，爆破孔梯段高度為9m時，鉆孔深度為9m。(3)爆破最小抵抗線W的確定某水電站廠房基坑開挖主要以LM-500C或ROC742鉆機(jī)進(jìn)行梯段爆破開挖，因此就以鉆孔直徑為D=85mm，梯段高度H=6m，鉆孔深度L=6.5m為例確定爆破最小抵抗線W。根據(jù)里恰特介紹的計算方法，W=（2040）d（其中d為藥卷直徑），當(dāng)D=85mm時，爆破孔采用60乳化藥卷，即d=60mm，則：W=（20-40）60=12002400mm，取W為整數(shù)，即W=2m。(4)爆破間距a的確定炮孔間距a按下式計算：a=mW，m為炮孔鄰近系數(shù)，取m=1.25，則a=1.252m=2.5m(5)爆破孔排距b的確定爆破孔采用梅花型錯開布置，則b=na，取n=0.67，則b=0.672.5=2m。(6)單位耗藥量q及單孔藥量Q的確定依據(jù)現(xiàn)場爆破試驗和有關(guān)規(guī)范單位耗藥取q=0.45kg/m3。單孔藥量Q采用下列公式計算，Q=qabH=0.452.526=13.5kg(7)裝藥長度L1的計算裝藥長度L1按式L1=Q/q進(jìn)行計算，其中q1為每米藥包重量，當(dāng)藥包直徑d=60mm時，q1=2.82kg/m，則L1=Q/q=13.5/2.827=4.8m(8)炮孔堵塞長度L2的確定爆破孔采用連續(xù)裝藥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥，孔口用黃土堵塞，堵塞時要搗實，以確定堵塞強(qiáng)度，堵塞長度L2=L-L1=6.54.8=1.7m。各梯段孔徑的爆破參數(shù)見表1：表1爆破孔參數(shù)表梯段高度H/m6.06.09.09.0孔徑D/mm8511585115超深h/m0.500.50孔深L/m6.569.59最小抵抗線W/m2.03.02.03.0炮孔間距a/m2.53.52.53.5炮孔排距b/m2.03.02.03.0單位耗藥量q/(kg/m3)0.450.450.450.45單孔裝藥量Q/kg13.528.3520.2542.5藥包直徑d/mm60906090每米藥包重量q1/（g/m）2.8276.3622.8276.3622.2.4預(yù)裂爆破參數(shù)(1)預(yù)裂爆破孔間距的確定根據(jù)公式，預(yù)裂孔間距a=（712）D，其中712為經(jīng)驗系數(shù)，D為預(yù)裂爆破孔孔徑，當(dāng)孔徑很小時經(jīng)驗系數(shù)取大值，當(dāng)孔徑大時，經(jīng)驗系數(shù)取小值。例：當(dāng)鉆孔直徑為D=85mm，則預(yù)裂孔間距a=（712）D=（712）85=5951020mm，取a=80cm。(2)不偶合系數(shù)Dd確定根據(jù)公式Dd=D/d，其中d為藥卷直徑，預(yù)裂孔爆破時采用32乳化藥卷，則當(dāng)鉆孔直徑取D=85mm時，Dd=D/d=85/32=2.7(3)線裝直徑取D=85mm(不偶合系數(shù)Dd=2.7為例)根據(jù)巖石強(qiáng)度和孔距計算，Qx=0.360.63a0.67，其中為巖石極限抗壓強(qiáng)度kgf/cm2。由于廠區(qū)的巖石以灰?guī)r為主，查相關(guān)書籍為400600Kgf/cm2，則Qx=0.36（400600）800.67=296381.6g/m。根據(jù)開挖施工規(guī)范SDJ211-83介紹的公式計算Qx=0.188a0.5=0.18880（400600）0.5=300.8368.4g/m。根據(jù)巖石強(qiáng)度和鉆孔半徑計算Qx=2.75r0.380.53=2.75（85/2）0.38（400600）0.53=273.7339.3g/m。綜合上述計算結(jié)果，Qx=273.7381.6g/m，通過現(xiàn)場爆破試驗，選擇線裝密度Qx=330g/m為宜。為了克服預(yù)裂孔底部巖石的夾制力，確保預(yù)裂縫到底，孔底裝藥量需適當(dāng)加大，其增加值為線裝藥密度的3倍，以上述選擇結(jié)果，預(yù)裂爆破孔底部藥包裝藥密度3Qx=990g/m。各開挖層預(yù)裂爆破參數(shù)見表2：表2預(yù)裂孔爆破參數(shù)表項目EL.993.9m高程以上EL.973.9m高程以上EL.959.65m高程以上鉆孔直徑D/mm10085/10085鉆孔間距a/m9080/9080鉆孔角度609090鉆孔深度L/411.320814.25不偶合系數(shù)Dd3.12.7/3.12.7藥包直徑d/mm323232線裝藥密度Qx/（g/m）360330/360330底部加強(qiáng)藥包/g11001000/11001000(4)預(yù)裂爆破施工情況廠房邊坡993.9m高程以上所有臺階，993.9m973.9m高程臺階、973.9m953.65m高程臺階的鉆爆施工，主要采用深孔預(yù)裂爆破，在鉆孔直徑的選擇上，主要考慮施減輕爆破振動對基巖的破壞。最大鉆孔直徑為120mm，并選擇底部水平保護(hù)層厚度為150cm，以防預(yù)裂縫的超深對應(yīng)保留巖體的破壞。預(yù)裂采用間隔裝藥的結(jié)構(gòu)形式，用導(dǎo)爆索起爆，裝藥時將F32標(biāo)準(zhǔn)藥卷與導(dǎo)爆索一起間隔綁在一根竹桿上，形成所需長度的藥串，同時使藥卷在孔內(nèi)能合理分布，即孔口1m取1/2線，孔底1m取2線，中段1m取線，如圖所示：預(yù)裂孔口留0.81.5m裝藥，用黃泥或稻草堵塞，若孔內(nèi)無水時，孔口用稻草堵塞，不用搗實，讓孔內(nèi)的能量適當(dāng)?shù)尼尫乓徊糠?，以控制孔口藥包爆炸時不致產(chǎn)生爆破漏斗，若孔內(nèi)有水時，先用風(fēng)管將孔內(nèi)的水吹出再裝藥，孔口用黃泥堵塞密實，防止預(yù)裂孔內(nèi)出現(xiàn)水藕合現(xiàn)象。預(yù)裂爆破成縫的機(jī)理要求其預(yù)裂面各孔齊響為佳，但預(yù)裂爆破前藥卷與保留巖體接觸，中間無隔離，與一般深孔梯段爆破相比，預(yù)裂爆破的振害要相同齊爆的梯段爆破大23倍。因此控制預(yù)裂爆破的起爆藥量也是十分重要的。為了保證爆破后保留巖體振速小于10cm/s的水平，確定某水電站廠房邊坡預(yù)裂爆破的最大單響藥量小于50kg。預(yù)裂爆破較小的孔距有利于開挖質(zhì)量的提高。但往往不經(jīng)濟(jì)，孔距較大時，可能造成預(yù)裂面不能形成貫穿裂縫。若裝藥密度偏小，可能造成裂縫，縫裝藥密度偏大時，可能造成裂縫寬度不夠或有能較好地形成貫穿裂縫，縫裝藥密度偏大時，可能導(dǎo)致保留巖石邊坡或建基面的破壞，增大超挖，同時亦相應(yīng)增加了爆破振動的影響。為了保護(hù)預(yù)裂面的完整性，需設(shè)緩沖層。緩沖孔孔距為3m，距預(yù)裂面的距離為1.2m，與預(yù)裂孔平行。緩沖孔底部與主爆孔的水平距離為2m，緩沖孔采用連續(xù)裝藥形式，裝藥直徑為60mm，最大單響藥秘控制在100kg以內(nèi)。見圖1圖1預(yù)裂爆破孔裝藥示意圖2.2.5淺孔爆破施工適用于臺階高度小于4m，在某水電站廠房基礎(chǔ)開挖施工中EL.959.65m高程以下，基坑石方開挖采用淺孔爆炮技術(shù)，淺孔爆破均采用手風(fēng)鉆鉆孔，梯段微差爆破，開挖淺處，采用光面或預(yù)裂爆破技術(shù)。在廠房基坑EL.959.65m高程以下基坑石方開挖施工中，沿廠房縱軸線方向形成臺階施工，鉆爆、出碴同時進(jìn)行，在下一層鉆爆施工時，采用沿廠房縱軸線方向斜井掏槽的方式，進(jìn)行鉆爆施工，形成臺階，確定合理的爆破施工技術(shù)參數(shù)，見表3、表4：表3淺孔爆破參數(shù)表分層厚度H/mH3.02.52.01.5鉆孔直徑D/mD=1.06d45454545鉆孔深度L/mL3.02.52.01.5最小抵抗線W/mW1.01.01.01.0炮孔間距a/ma=1.5w1.51.51.51.5炮孔排距B/mb=0.67a1.01.01.01.0單位耗藥量Q/（kg/m3）Q(kg/m3)0.40.40.40.4表4炮孔光面爆破參數(shù)表分層厚度H/mH3.02.52.01.5鉆孔直徑D/mmD=1.06d45454545鉆孔間距a/cma=（911）d4050405040504050鉆孔深度L/mL3.02.02.01.5不耦合系數(shù)D/D藥2.252.252.252.25藥包直徑D藥/mmD藥=20mm20202020線裝藥密度全孔g/m1501501501502.2.6孤石處理及預(yù)留巖坎開挖在施工過程中原有的河床孤石（大于）和爆破產(chǎn)生的大塊石，采用隨時爆破或解爆的方法進(jìn)行處理，以便機(jī)械拉運(yùn)，預(yù)留巖坎將采